新能源汽车电机控制器中IGBT管的门极控制策略

摘要

本发明公开了一种新能源汽车电机控制器中IGBT管的门极控制策略，本策略首先建立IGBT管门极延时开通和关断时序表，该时序下IGBT管工作在安全区间内；根据系统给定电流和输出电流计算当前开通或关断时刻IGBT管的输出电流；由该输出电流查表得到对应的延时开通或关断时序并写入驱动电源；驱动电源得到指令后按该延时开通或关断时序执行IGBT管门极开通或关断，并使IGBT管门极电压稳定在开通或关断的电平上；延时开通或关断时序完成后，系统快速执行IGBT管门极的完全开通或关断。本控制策略解决了IGBT管耐压余量不足、高功率利用率条件下IGBT管超出安全电压范围的问题，保证了控制系统的安全、可靠性，降低了产品成本。

权利要求

1.一种新能源汽车电机控制器中IGBT管的门极控制策略，其特征在于本控制策略包括如下步骤：步骤一、建立IGBT管门极开通和关断电压对应系统输出电流或功率的IGBT管门极延时开通和关断时序表，该延时开通和关断时序下IGBT管门极开通或关断时，IGBT管工作在安全区间内；

步骤二、根据系统给定电流和输出电流计算当前开通或关断时刻IGBT管的输出电流；

步骤三、查找延时开通和关断时序表得到IGBT管当前输出电流对应的延时开通或关断时序，并写入IGBT管门极驱动电源；

步骤四、系统向IGBT管门极驱动电源发送开通或关断指令，IGBT管门极驱动电源根据当前延时开通或关断时序执行IGBT管门极开通或关断，并使IGBT管门极电压稳定在开通或关断的电平上；

步骤五、IGBT管门极延时开通或关断时序完成后，系统快速执行IGBT管门极的完全开通或关断。

2.根据权利要求1所述的新能源汽车电机控制器中IGBT管的门极控制策略，其特征在于：所述IGBT管门极延时开通和关断时序表根据实验数据得到。

3.根据权利要求1所述的新能源汽车电机控制器中IGBT管的门极控制策略，其特征在于：所述IGBT管门极完全开通或关断的电平分别是驱动电源的正极电平和负极电平。

说明书

新能源汽车电机控制器中IGBT管的门极控制策略

技术领域

[0001] 本发明涉及一种新能源汽车电机控制器中IGBT管的门极控制策略。

背景技术

[0002] 新能源汽车电机控制器中的驱动模块工作在高电压，大电流的工作环境下，随着电机控制器功率密度越来越高，电机控制器中功率器件的IGBT管功率利用率也越来越高，在实际应用中，考虑IGBT管封装和价格的因素，工程师们会选择实际母线电压大于IGBT管耐压的百分之六十的IGBT管功率器件。

[0003] 因此传统的快速开通和关断IGBT管的方式在开通和关断时刻产生的瞬间电压可能超过IGBT管的临界耐压值。尤其在过流或者短路的情况下，快速关断的瞬时电压可能远大于直流母线电压，导致IGBT管的损坏。因此在工程应用中只能选择功率更大，封装更大，价格更高的IGBT管功率器件，以预留更大的耐压余量来满足可靠性要求，极大提高了产品成本。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种新能源汽车电机控制器中IGBT管的门极控制策略，本控制策略提高了电机控制系统的电磁兼容性和系统效率，解决了IGBT管耐压余量不足、高功率利用率条件下IGBT管超出安全电压范围的问题，保证了控制系统的安全、可靠性，降低了产品成本。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明新能源汽车电机控制器中IGBT管的门极控制策略包括如下步骤：

[0006] 步骤一、建立IGBT管门极开通和关断电压对应系统输出电流或功率的IGBT管门极延时开通和关断时序表，该延时开通和关断时序下IGBT管门极开通或关断时，IGBT管工作在安全区间内；

[0007] 步骤二、根据系统给定电流和输出电流计算当前开通或关断时刻IGBT管的输出电流；

[0008] 步骤三、查找延时开通和关断时序表得到IGBT管当前输出电流对应的延时开通或关断时序，并写入IGBT管门极驱动电源；

[0009] 步骤四、系统向IGBT管门极驱动电源发送开通或关断指令，IGBT管门极驱动电源根据当前延时开通或关断时序执行IGBT管门极开通或关断，并使IGBT管门极电压稳定在开通或关断的电平上；

[0010] 步骤五、IGBT管门极延时开通或关断时序完成后，系统快速执行IGBT管门极的完全开通或关断。

[0011] 进一步，所述IGBT管门极延时开通和关断时序表根据实验数据得到。

[0012] 进一步，所述IGBT管门极完全开通或关断的电平分别是驱动电源的正极电平和负极电平。

[0013] 由于本发明新能源汽车电机控制器中IGBT管的门极控制策略采用了上述技术方案，即本策略首先建立IGBT管门极延时开通和关断时序表，该时序下IGBT管工作在安全区间内；根据系统给定电流和输出电流计算当前开通或关断时刻IGBT管的输出电流；由该输出电流查表得到对应的延时开通或关断时序并写入驱动电源；驱动电源得到指令后按该延时开通或关断时序执行IGBT管门极开通或关断，并使IGBT管门极电压稳定在开通或关断的电平上；延时开通或关断时序完成后，系统快速执行IGBT管门极的完全开通或关断。本控制策略提高了电机控制系统的电磁兼容性和系统效率，解决了IGBT管耐压余量不足、高功率利用率条件下IGBT管超出安全电压范围的问题，保证了控制系统的安全、可靠性，降低了产品成本。

附图说明

[0014] 下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

[0015] 图1为本控制策略的具体实现电路图；

[0016] 图2为本控制策略得到的IGBT管一个开关周期的开通和关断波形图。

具体实施方式

[0017] 本发明新能源汽车电机控制器中IGBT管的门极控制策略包括如下步骤：

[0018] 步骤一、建立IGBT管门极开通和关断电压对应系统输出电流或功率的IGBT管门极延时开通和关断时序表，该延时开通和关断时序下IGBT管门极开通或关断时，IGBT管工作在安全区间内；

[0019] 步骤二、根据系统给定电流和输出电流计算当前开通或关断时刻IGBT管的输出电流；

[0020] 步骤三、查找延时开通和关断时序表得到IGBT管当前输出电流对应的延时开通或关断时序，并写入IGBT管门极驱动电源；

[0021] 步骤四、系统向IGBT管门极驱动电源发送开通或关断指令，IGBT管门极驱动电源根据当前延时开通或关断时序执行IGBT管门极开通或关断，并使IGBT管门极电压稳定在开通或关断的电平上；

[0022] 步骤五、IGBT管门极延时开通或关断时序完成后，系统快速执行IGBT管门极的完全开通或关断。

[0023] 优选的，所述IGBT管门极延时开通和关断时序表根据实验数据得到。具体实验可以现有的产品调试台架为平台，在系统直流电压350V，100KW永磁同步电机的负载下，以英飞凌门极驱动IC 1EDI2002AS搭载IGBT module HPDriver为驱动单元，通过SPI配置IGBT管门极开通和关断的电压时序得到。

[0024] 优选的，所述IGBT管门极完全开通或关断的电平分别是驱动电源的正极电平和负极电平。

[0025] 本控制策略可采用如图1所示的具体电路实现，其中微控制单元U1存储IGBT管S门极延时开通和关断时序表，并通过串行端口SPI将当前的延时开通或关断时序写入带时序可编程的门极驱动电源U2；同时微控制单元U1负责产生带有死区的PWM调制波，PWM调制波即为IGBT管门极的开通或关断指令并传输至驱动电源U2，当PWM调制波的上升沿或下降沿来临时，驱动电源U2通过推挽电路将PWM调制波结合延时开通或关断时序送给IGBT管S门极，以控制IGBT管S的延时开通或关断，在延时开通或关断时序结束后，驱动电源U2控制IGBT管S执行完全开通或关断。

[0026] 本控制策略的特定延时开通和关断时序表如下表所示，

[0027]

[0028] 表中输出电流为系统输出电流，Von1为开通电压，Ton1为开通时间，Voff1为关断电压，Toff1为关断时间；IGBT管一个开关周期的开通和关断波形如图2所示，由上表及图2可见，本策略实际建立两级开通和关断电压及时序，即完全开通或关断以及延时开通或关断，在开通过程中，IGBT管门极驱动电压从VEE至Von1并且维持Ton1时间直至完全开通VCC；在关断过程中，IGBT管门极驱动电压从VCC至Voff1并且维持Toff1时间直至完全关断VEE。
因此本策略通过控制IGBT管门极的延时开通或关断电压及电压持续的时间，实现减小IGBT管开通和关断瞬时的高压，解决了IGBT管耐压余量不足、高功率利用率条件下IGBT管超出安全电压范围的问题，保证了控制系统的安全、可靠性，降低了产品成本。